JP2015013319A

JP2015013319A - 機械の制御装置

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Publication number: JP2015013319A
Application number: JP2013139447A
Authority: JP
Inventors: 泰明小山; Yasuaki Koyama
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP5717802B2; DE102014009492B4; DE102014009492A1; CN104281102A; CN104281102B; US20150012119A1; US9921556B2

Abstract

【課題】複数の工作機械や周辺装置が設置されている施設において、生産性を低下させることなく施設の最大消費電力を低減させる機械の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数の周辺装置に対して相互通信と加工プログラムによる指令を行う機械の制御装置において、前記周辺装置の作業状況情報を受信する作業状況受信手段と、前記周辺装置の作業開始タイミングを決定する作業開始タイミング決定手段とを備え、前記作業タイミング決定手段は、前記作業状況受信手段で受信した前記周辺装置の作業状況情報に基づいて、周辺装置の消費電力の合計が上限値に達しないように前記周辺装置の作業開始タイミングを決定する。これにより、周辺装置を作動させても、消費電力の合計が上限値以下となるように制御することが可能となり、施設の最大消費電力を低減させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は機械の制御装置に関し、特に複数の工作機械や周辺装置が設置されている機械の制御装置に関する。

まず、本明細書において用いられる「周辺装置」は、工作機械の加工とは別のタイミングで動作する、ワーク交換などの作業を行うロボットや、ワークを搬送する搬送装置、ツール交換装置などを含むものとする。また、本明細書において用いられる「作業」は、これらの周辺装置が工作機械に対して行う、所定の目的のための一連の動作のこととする。

工作機械や周辺装置には複数のモータが取り付けられており、これらのモータは、位置決めや軸移動といった動作時に大きな電力を消費する。複数の工作機械や周辺装置が設置されている工場などの施設において、これらのモータの動作のタイミングが重なった場合、施設全体での最大消費電力が大きくなり、施設の電源設備に大きな負荷がかかってしまうことがある。これにより、施設に設置されている受電設備や自家発電設備の電力容量を最大消費電力が超過してしまう可能性があるほか、電力容量を最大消費電力が超過することで施設内の電圧が降下してしまい、施設の操業に支障をきたす場合がある。このような施設内の電圧の降下等の事態を避けるためには、巨大な電力容量を有する受電設備を設置する方法もあるが、そのような受電設備を用いる際には、より高い基本契約料金を電力会社に支払わなければならない。

大きな電力容量を有する受電設備を設置することなく消費電力の問題に対応するためには、施設全体での最大消費電力を低減させるように、産業機械の動作を制御する方法があり、一例として特許文献１〜３に開示されているような方法がある。
特許文献１には、工作機械がワークを加工する間、工作機械の数値制御装置から周辺装置のロボットに対して休止指令を通知し、休止指令を出されたロボットが休止することでロボットの電力消費を抑制する技術が開示されている。

特許文献２には、工作機械の制御装置が、工作機械の消費電力が規定値を所定時間継続して超過した場合に、送り運動の送り速度や、主軸の回転運動の加減速度を低下させることで、最大消費電力を低下させる技術が開示されている。
特許文献３には、複数台の射出成形機をネットワークに接続し、射出成形スケジューリング処理において、他機の射出工程スケジュールに基づいて、許容最大電力に収まるように自機の射出工程スケジュールを決定することによって、最大消費電力を低減させる技術が開示されている。

特開２０１０−１７６５０３号公報特開２０１１−１５６５９８号公報特開２０１１−１２１２８３号公報

特許文献１に開示されている技術は、単体の工作機械とその周辺のロボットとの関係のみが記載されており、施設全体における技術は開示されていないため、施設全体での最大消費電力を低減させる効果は低く、施設全体における受電設備の電力容量を下げることは困難である。
特許文献２に開示されている技術は、消費電力の低減のために、工作機械の速度を制御しているため、加工時間が延びて生産性が低下したり、送り速度や主軸の回転数が変わることにより加工条件が変化してしまうおそれがある。
特許文献３に開示されている技術は、消費電力の低減のために、射出成形機の工程スケジュールを制御しているため、スケジュール順によっては、加工時間が延びて生産性が低下してしまうおそれがある。

そこで本発明は、複数の工作機械や周辺装置が設置されている施設において、生産性を低下させることなく施設の最大消費電力を低減させる機械の制御装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、複数の周辺装置に対して相互通信と加工プログラムによる指令を行う機械の制御装置において、前記周辺装置の作業状況情報を受信する作業状況受信手段と、前記周辺装置の作業開始タイミングを決定する作業開始タイミング決定手段とを備え、前記作業タイミング決定手段は、前記作業状況受信手段で受信した前記周辺装置の作業状況情報に基づいて、周辺装置の消費電力の合計が上限値に達しないように前記周辺装置の作業開始タイミングを決定することを特徴とする機械の制御装置が提供される。

すなわち、請求項１に係る発明では、作業状況受信手段で受信した周辺装置の作業状況情報に基づいて、作業中の周辺装置の消費電力の合計が上限値に達しないように周辺装置の作業開始タイミングを決定する。これにより、周辺装置を作動させても、消費電力の合計が上限値以下となるように制御することが可能となり、施設の最大消費電力を低減させることができる。また、作業開始タイミングを制御するのは周辺装置であるため、施設の生産性を低下させることもない。

本願の請求項２に係る発明では、前記作業開始タイミング決定手段が、作業中の周辺装置と作業開始指令を行う周辺装置の消費電力の合計が上限値に達する場合に、前記作業開始指令を行う周辺装置の作業開始指令のタイミングを後方にずらして決定することを特徴とする請求項１に記載の機械の制御装置が提供される。
すなわち、請求項２に係る発明では、作業中の周辺装置と作業開始指令を行う周辺装置の消費電力の合計が上限値に達する場合に、作業開始指令を行う周辺装置の作業開始指令のタイミングを後方にずらして決定することによって、他の周辺装置が作業中で、新規に周辺装置への作業開始指令をして、消費電力の合計が上限値に達してしまう場合には、新規な作業開始指令の作業開始タイミングを後方にずらすことによって、消費電力の合計が上限値を超えないようにする。これにより、施設の最大消費電力を低減させることができ、作業開始タイミングを制御するのが周辺装置であるために、施設の生産性を低下させることもない。

本願の請求項３に係る発明では、前記作業開始タイミング決定手段が、作業中の周辺装置の数によって、周辺装置の消費電力を判定することを特徴とする請求項２に記載の機械の制御装置が提供される。
すなわち、請求項３に係る発明では、周辺装置の消費電力を判定するのに、作業中の周辺装置の数によって判定している。これにより、それぞれの周辺装置の消費電力を算出する必要がなくなり、より簡単な方法で周辺装置の消費電力の合計が上限値を超えないようにすることが可能となる。

本願の請求項４に係る発明では、前記作業開始タイミング決定手段が、周辺装置毎に加工プログラム中に作業開始可能範囲を設定し、該作業開始可能範囲内で前記周辺装置の作業開始タイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載の機械の制御装置が提供される。
すなわち、請求項４に係る発明では、周辺装置毎に加工プログラム中に作業開始可能範囲を設定し、その作業開始可能範囲内でのみ、周辺装置の作業を行うことができるため、周辺装置の作業開始時期が無制限に遅れてしまうといったことがなくなる。また、作業開始の順番等を加工プログラム中で決定することが可能となるため、周辺装置の作業の順番の混乱を防ぐこともできる。

本願の請求項５に係る発明では、前記作業開始タイミング決定手段が、前記作業状況受信手段で受信した作業状況の情報に基づいて作業中の周辺装置の数を計数する計数手段と、計数手段で計数した作業中の周辺装置の数が上限値以内の場合は作業開始指令を許可し、上限値に達している場合は、周辺装置への新たな作業開始指令を抑止する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の機械の制御装置が提供される。
すなわち、請求項５に係る発明では、作業開始タイミング決定手段が、作業中の周辺装置の数を計数して、数が上限値に達している場合に、周辺装置への新たな作業開始指令を抑止するようにしているため、周辺装置の作業が一定数以上重なることを抑止して、周辺装置の消費電力の合計が上限値を超えないようにすることが可能となる。

本発明により、複数の工作機械や周辺装置が設置されている施設において、生産性を低下させることなく施設の最大消費電力を低減させる機械の制御装置を提供することができる。

機械の制御装置と周辺装置との関係を示すブロック図である。第１の実施形態における作業開始タイミングの調整処理の流れを示すフローチャートである。各周辺装置において、作業状況を工作機械の制御装置に送信する流れを示すフローチャートである。従来技術の消費電力のタイムチャートである。本発明の実施形態の消費電力のタイムチャートである。第２の実施形態における作業開始タイミングの調整処理の流れを示すフローチャートである。第３の実施形態の加工プログラムの例を示した図である。

（第１の実施形態）
本実施形態では、各工作機械はネットワークに接続されており、これによって各工作機械が周辺装置の作業状況を把握し、周辺装置の作業開始タイミングを決定するように構成されている。工作機械の代わりに、射出成形機、放電加工機、プレス加工機などの産業機械などを用いることもできる。また、各工作機械はネットワークインタフェースを備えた数値制御装置を保有しており、各周辺装置はネットワークインタフェースを備えた数値制御装置もしくはプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）といった制御装置を保有している。なお、相互通信手段としてはネットワークに限ったものではなく、入出力信号を使用したものでもよい。

工作機械の数値制御装置は工作機械の動作の制御を行う通常の機能に加えて、周辺装置の作業状況の受信処理と周辺装置の作業開始タイミングの決定処理を行っている。周辺装置の制御装置は周辺装置の動作の制御を行う通常の機能に加えて、周辺装置の作業状況の送信処理を行う。工作機械は各周辺装置の作業状況の監視を常時もしくは任意のタイミングで行っている。作業状況としては、各周辺装置が作業中であるか待機中であるかのいずれかの作業状況とされている。
各工作機械の加工プログラム中には、工作機械に対する加工指令に加えて周辺装置の作業開始指令が記載されている。例えば周辺装置がロボットである場合、通常、周辺装置の作業開始指令は工作機械の加工終了前と加工終了直後に記載され、それぞれ待機位置への移動動作とワーク交換動作に対応している。工作機械が作業開始指令を行うことで、周辺装置は直ちに指令を行った工作機械に対して作業を開始する。

以下、図に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態の機械の制御装置と周辺装置との関係を示すブロック図である。１０は工作機械の制御装置であり、その内部に作業開始タイミング決定手段１４と、作業状況受信手段１６を備えている。また、工作機械の制御装置１０内には加工プログラム１２が格納されており、この加工プログラム１２において、工作機械に対する加工指令と、周辺装置に対する作業開始指令を行っている。また、制御装置１０には、あらかじめ各周辺装置の消費電力を周辺装置ごとにテーブルとして記憶しておく。
工作機械の制御装置１０の外部には、周辺装置１（２０）及び周辺装置２（３０）が備えられており、ネットワークによって工作機械の制御装置１０と接続されている。各周辺装置には、それぞれ内部に作業状況送信手段（２２，３２）を有しており、各周辺装置の作業状況として、作業中か待機中かのいずれかの作業状況を工作機械の制御装置１０に送信している。

工作機械の制御装置１０の内部の作業状況受信手段１６では、各周辺装置の作業状況送信手段から送信される作業状況を受信して、各周辺装置の作業状況の監視を行い、それらの作業状況を作業開始タイミング決定手段１４に送信している。
作業開始タイミング決定手段１４では、作業状況受信手段１６から送信される各周辺装置の作業状況に応じて、各周辺装置（２０，３０）に対してタイミングを決定して作業開始指令を送信する。

具体的なタイミングの決定手法について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態における作業開始タイミングの調整処理の流れを示すフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＡ１）工作機械の制御装置内の作業開始タイミング決定手段において、加工プログラムから周辺装置の作業開始指令を読み込む。
・（ステップＳＡ２）各周辺装置の作業状況を読み込む。

・（ステップＳＡ３）今回作業開始指令を行う周辺装置の消費電力と、現在作業中である他の周辺装置の消費電力の合計が消費電力の上限値に達しているかどうかを判定する。上限値に達している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳＡ４に進み、上限値未満の場合（ＮＯ）は、ステップＳＡ５に進む。
・（ステップＳＡ４）工作機械の加工を継続し、ステップＳＡ２に戻り、いずれかの周辺装置の作業が終了して、周辺装置の消費電力の合計が上限値を下回るのを待つ。
・（ステップＳＡ５）作業開始指令を行う周辺装置に対して作業開始指令を送信し、周辺装置の作業を実行する。

図３は、各周辺装置において、作業状況を工作機械の制御装置に送信する流れを示すフローチャートである。以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＢ１）当該周辺装置の作業状況を確認する。
・（ステップＳＢ２）作業状況が作業中かどうかを判定する。作業状況が作業中の場合（ＹＥＳ）は、ステップＳＢ３に進み、作業状況が作業中ではなく待機中の場合（ＮＯ）は、ステップＳＢ４に進む。
・（ステップＳＢ３）作業状況の送信データとして「作業中」をセットし、ステップＳＢ５に進む。
・（ステップＳＢ４）作業状況の送信データとして「待機中」をセットし、ステップＳＢ５に進む。
・（ステップＳＢ５）作業状況の送信データを工作機械の制御装置に送信し、ステップＳＢ１に戻る。
図３に示された方法では、各周辺装置は常時作業状況を確認して、工作機械の制御装置に送信を行っているが、工作機械の制御装置から周辺装置の作業状況確認リクエストがあったときのみ作業状況を確認して工作機械の制御装置に作業状況を送信するようにすることもできる。

図４及び図５は、従来技術と本実施形態の消費電力のタイムチャートを示している。図４は従来技術の消費電力のタイムチャートを示している。時間ｔ３で周辺装置１の作業が開始し、時間ｔ４で工作機械の作業が開始し、時間ｔ１で周辺装置２の作業が開始している。また、時間ｔ５で周辺装置１の作業が終了し、時間ｔ６で工作機械の作業が終了している。ここで、時間ｔ１において周辺装置２の作業開始指令を読み込んで作業を開始すると、周辺装置１の作業が終了する時間ｔ５までの間は、工作機械、周辺装置１及び周辺装置２が同時に作業を行うため、その間の消費電力は大きいものとなる。

これに対して、本実施形態を示す図５においては、時間ｔ１において周辺装置２に対して作業開始指令を送ろうとした際に、作業開始指令を送ろうとした周辺装置２の消費電力と、現在作動中の周辺装置１の消費電力の合計値が所定の値を超えているため、周辺装置２に対して作業開始指令を送ることなく、工作機械の加工を続行し、時間ｔ２において周辺装置１の作業が終了した時点で周辺装置２に対して作業開始指令を送信して周辺装置２の作業を開始する。これにより、周辺装置１と周辺装置２が作業を行う時間が重なることがなく、図４に示された従来技術と比較して、最大消費電力が小さいものとなる。また、図４、図５のいずれも工作機械の加工は時間ｔ４からｔ６の間で行っているが、図４、図５を比較してわかるように、工作機械の加工は、周辺装置２の作業開始タイミングを遅らせても、その影響は受けていない。これにより、工作機械の加工時間や加工条件を変化させることなく、最大消費電力を低減させることが可能となる。

本実施形態は、工作機械の数値制御装置が加工セル内以外の周辺装置からも作業状況を受信して、加工セルが複数存在するような施設にも適用することもできる。これにより、加工セルの消費電力を低減するだけでなく、施設全体の最大消費電力を低減することも可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態においては、周辺装置の最大電力の監視をするために、施設の最大消費電力や設置されている周辺装置と工作機械の台数などに基づいて同時に動作させる周辺装置の最大台数を設定しておき、同時に動作する周辺装置の台数が最大台数以下になるように、周辺装置の作業開始指令タイミングを設定している。図６は、本実施形態における作業開始タイミングの調整処理の流れを示すフローチャートであり、以下、ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＣ１）工作機械の制御装置内の作業開始タイミング決定手段において、加工プログラムから周辺装置の作業開始指令を読み込む。
・（ステップＳＣ２）各周辺装置の作業状況を読み込む。

・（ステップＳＣ３）現在作業している周辺装置の台数が所定の最大台数に達しているかどうかを判定する。上限値に達している場合（ＹＥＳ）は、ステップＳＣ４に進み、上限値未満の場合（ＮＯ）は、ステップＳＣ５に進む。
・（ステップＳＣ４）工作機械の加工を継続し、ステップＳＣ２に戻り、いずれかの周辺装置の作業が終了するのを待つ。
・（ステップＳＣ５）作業開始指令を行う周辺装置に対して作業開始指令を送信し、周辺装置の作業を実行する。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、図４及び図５に示された消費電力のタイムチャートのように、最大消費電力を低減させることが可能となる。なお、本実施形態の説明においては、同時に動作させる周辺装置の最大台数が多数であるように説明を行ったが、動作させる周辺装置の台数を１台と設定することもできる。その際には、他の周辺装置の中で動作している周辺装置が存在している場合は、新たに周辺装置の動作を開始することができないようになることは言うまでもない。

（第３の実施形態）
第１及び第２実施形態においては、最大消費電力や同時に動作させる周辺装置の台数を監視して、周辺装置の作業開始タイミングの制御を行っていたが、無制限に作業開始指令を遅らせることを可能とすると、例えば周辺装置がワーク交換を行うロボットであれば、ワーク交換が行われる前に次の加工が指令されてしまい、加工済みのワークの加工を始めてしまうおそれがある。このため、本実施形態では、加工プログラムにおいて周辺装置の遅らせる作業開始タイミングに制限を設けるようにする。

図７は、本実施形態の加工プログラムの例を示している。例えば周辺装置１として、ワーク交換を行うロボットを用いる場合に、前回の加工でのワーク交換作業直後に作業開始指令の範囲開始地点、今回の加工での加工完了指令前に作業開始指令の範囲終了地点を設定し、範囲開始地点から範囲終了地点までの間のみ、作業開始指令を受けつけることとし、作業開始タイミングを遅らせる範囲を、範囲開始地点から範囲終了地点までの間に限ることとする。これにより、無制限に作業開始指令が遅れることを防ぐことが可能となる。また、この手法を用いることで、１台の周辺装置を複数の工作機械が共用する場合などにおいても、作業開始指令を受け付ける範囲を限定することで、例えばロボットでワーク交換を行う場合に、工作機械１の前で待機している状態から工作機械２のワーク交換を行うといった、順番の混乱が生じることを防ぐことができる。

また、作業状況の他、加工プログラム中で作業開始指令を読み取った工作機械の順番も送受信し、その順番で作業開始指令を実行していくことで、加工プログラム中で作業開始指令を読み取った順番通りに作業を行わせることができ、作業開始タイミングの範囲を有効に使用することができる。

１２工作機械の制御装置
１２加工プログラム
１４作業開始タイミング決定手段
１６作業状況受信手段
２０周辺装置１
２２作業状況送信手段
３０周辺装置２
３２作業状況送信手段

Claims

複数の周辺装置に対して相互通信と加工プログラムによる指令を行う機械の制御装置において、
前記周辺装置の作業状況情報を受信する作業状況受信手段と、
前記周辺装置の作業開始タイミングを決定する作業開始タイミング決定手段と、を備え、
前記作業タイミング決定手段は、前記作業状況受信手段で受信した前記周辺装置の作業状況情報に基づいて、周辺装置の消費電力の合計が上限値に達しないように前記周辺装置の作業開始タイミングを決定することを特徴とする機械の制御装置。
前記作業開始タイミング決定手段は、作業中の周辺装置と作業開始指令を行う周辺装置の消費電力の合計が上限値に達する場合に、前記作業開始指令を行う周辺装置の作業開始指令のタイミングを後方にずらして決定することを特徴とする請求項１に記載の機械の制御装置。
前記作業開始タイミング決定手段は、作業中の周辺装置の数によって、周辺装置の消費電力を判定することを特徴とする請求項２に記載の機械の制御装置。
前記作業開始タイミング決定手段は、周辺装置毎に加工プログラム中に作業開始可能範囲を設定し、該作業開始可能範囲内で前記周辺装置の作業開始タイミングを決定することを特徴とする請求項１に記載の機械の制御装置。
前記作業開始タイミング決定手段は、
前記作業状況受信手段で受信した作業状況の情報に基づいて作業中の周辺装置の数を計数する計数手段と、
計数手段で計数した作業中の周辺装置の数が上限値以内の場合は作業開始指令を許可し、上限値に達している場合は、周辺装置への新たな作業開始指令を抑止する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の機械の制御装置。